DE4010668A1 - Supertwist-fluessigkristallanzeige - Google Patents

Supertwist-fluessigkristallanzeige

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DE4010668A1
DE4010668A1 DE19904010668 DE4010668A DE4010668A1 DE 4010668 A1 DE4010668 A1 DE 4010668A1 DE 19904010668 DE19904010668 DE 19904010668 DE 4010668 A DE4010668 A DE 4010668A DE 4010668 A1 DE4010668 A1 DE 4010668A1
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liquid crystal
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crystal mixture
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Herbert Dr Plach
Georg Weber
Rainhard Dr Hittich
Volker Reiffenrath
Rudolf Dr Klug
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Merck Patent GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft Supertwist-Flüssigkristallanzeigen (SFA) mit sehr kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und Winkelabhängigkeiten sowie die darin verwendeten neuen nematischen Flüssigkeitskristallmischungen.
SFA gemäß des Oberbegriffs sind bekannt, z. B. aus EP 01 31 216 B1; DE 34 23 993 A1; EP 00 98 070 A2; M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle (8.-10.04.87); K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt und F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987); F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H. A. van Sprang und H. G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T. J. Scheffer und Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984), M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987) und E. P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters Vol. 4 (1), pp. 1-8 (1986). Der Begriff SFA umfaßt hier jedes höher verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrage nach zwischen 160° und 360°, wie beispielsweise die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C. M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3rd Intern. Display Conference, Kobe, Japan), die STN-LCD's (DE-OS 35 03 259), SBE-LCD's (T. J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 1021), OMI-LCD's (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236, DST-LCD's (EP-OS 02 46 842) oder BW-STN-LCD's (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).
Derartige SFA zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN-Anzeigen durch wesentlich bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und damit verbundenen besseren Kontrastwerten sowie durch eine wesentlich geringere Winkelabhängigkeit des Kontrastes aus. Von besonderem Interesse sind SFA mit sehr kurzen Schaltzeiten insbesondere auch bei tieferen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen Schaltzeiten wurden bisher insbesondere die Viskositäten der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von meist monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.
Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf nach SFA mit sehr kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, SFA bereitzustellen, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße und gleichzeitig sehr kurze Schaltzeiten aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, die folgende Komponenten enthalten:
  • a) mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe T, bestehend aus Verbindungen der Formeln T1 und T2: bedeutet,
    R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander R bedeuten, wobei R Alkyl mit 1-12 C-Atomen ist, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -O-CO- oder -CO-O- ersetzt sein können, und Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeutet, und die 1,4-Phenylenringe auch lateral durch Fluor substituiert sein können,
  • b) 10-80 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente C, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5, wobei Komponente C mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen Ca bis Cd enthält: wobei R¹ die oben angegebene Bedeutung hat,
  • c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente D, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von unter -1,5 und
  • d) einer optisch aktiven Kompenente E in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, und
  • daß die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 30 mPa · s und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +5 aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein SFA mit
- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad, und
- einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 160 und 360°, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung
  • a) mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe T, bestehend aus Verbindungen der Formeln T1 und T2: bedeutet,
    R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander R bedeuten, wobei R Alkyl mit 1-12 C-Atomen ist, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -O-CO- oder -CO-O- ersetzt sein können, und Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeutet, und die 1,4-Phenylenringe auch lateral durch Fluor substituiert sein können,
  • b) 10-80 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente C, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5, wobei Komponente C mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen Ca bis Cd enthält: wobei R¹ die oben angegebene Bedeutung hat,
  • c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente D, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von unter -1,5 und
  • d) einer optisch aktiven Komponente E in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, und
    daß die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 30 mPa · s und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +5 aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind.
Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flüssigkristallmischungen zur Verwendung in SFA.
Die einzelnen Verbindungen der Formeln T1, T2, Ca, Cb, Cc, Cd, AI bis AVI, BI bis BIV und CI bis CIII oder auch andere Verbindungen, die in den erfindungsgemäßen SFA verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.
Bevorzugte erfindungsgemäß verwendbare Flüssigkristallmischungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe A in einem Anteil von 4% bis 40%, vorzugsweise 10% bis 32%. Verbindungen der Formeln AIII bis AVI sind bevorzugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen gleichzeitig (a) Verbindungen der Formel AV und/oder AVI und (b) Verbindungen der Formel AIII und/oder AIV. R¹ und R² bedeuten vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen.
Der Anteil der Komponente(n) aus Gruppe B1 beträgt vorzugsweise 5% bis 45%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 40%. Komponenten der Formeln BIII und BIV sind bevorzugt. Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel BIII sind diejenigen der folgenden Teilformeln:
worin
R¹ CH₃-(CH₂) n -O-, CH₂-(CH₂) t -, trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -CH₂O- oder trans-H-(CH₂) r )-CH=CH-(CH₂CH₂) s -,
R² CH₂-(CH₂) t -
n 1, 2, 3 oder 4
r 0, 1, 2 oder 3
s 0 oder 1, und
t 1, 2, 3 oder 4 ist.
Ferner bevorzugt sind diejenigen der Teilformel
worin R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung haben.
Der Anteil der Verbindungen der Formel BIII der oben angegebenen Teilformeln ist vorzugsweise ca. 5% bis 45%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 35%. Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel BIV sind diejenigen der folgenden Teilformel:
worin
R¹ CH₃-(CH₂) n -O- oder trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -CH₂O- und R² CH₂-(CH₂) t - ist, wobei
n 1, 2, 3 oder 4
r 0, 1, 2 oder 3
s 0 oder 1, und
t 1, 2, 3 oder 4 ist.
Der Anteil dieser Verbindungen, bzw. der Verbindungen der Formel BIV, ist vorzugsweise ca. 5% bis 40%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 35%.
Vorzugsweise enthalten die Mischungen Verbindungen der Formel III, insbesondere solche der Teilformel
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen gleichzeitig Verbindungen der Formeln BIII und BIV, wobei der Gesamtanteil für Komponenten der Gruppe B1 gewahrt bleibt.
Falls Verbindungen der Formeln BI und/oder BIII vorhanden sind, bedeuten R¹ und R² vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen. Z² ist vorzugsweise eine Einfachbindung. BI ist besonders bevorzugt.
Ferner bevorzugt sind erfindungsgemäße Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formel BIV enthalten, worin
bedeutet und R¹ und R² eine der oben angegebenen bevorzugten Bedeutungen haben, insbesondere bevorzugt n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten.
In jedem Fall bleibt der Gesamtanteil für Komponenten der Gruppe B1 gewahrt.
Der Anteil der Verbindungen der Gruppe B2 beträgt vorzugsweise ca. 5% bis 45%, insbesondere bevorzugt 5% bis 20%. Der Anteil (bevorzugte Bereiche) für BV bis BVII ist wie folgt:
BV ca. 5% bis 30%, vorzugsweise ca. 5% bis 15%
Summe BVI und BVII: ca. 5% bis 25%, vorzugsweise ca. 10% bis 20%.
Bevorzugte Verbindungen der Gruppe B2 sind im folgenden angegeben:
R¹ ist vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (Trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen. Z° ist vorzugsweise eine Einfachbindung. R hat vorzugsweise die oben für R¹ angegebene bevorzugte Bedeutung oder bedeutet Fluor. Y ist vorzugsweise Fluor.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus BV3, BVI1 und BVII1 in einem Gesamtanteil von ca. 5 bis 35%.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen neben BV3, BVI1, BVII1 und BV2 (R = F) weitere terminal fluorierte Verbindungen zum Beispiel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
worin R¹ vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen, X 1 oder 2, y 0 oder 1 und Y H oder F bedeutet.
Der Gesamtanteil aller terminal fluorierter Verbindungen beträgt vorzugsweise ca. 5% bis 65%, insbesondere ca. 15% bis 40%.
Der Anteil der Verbindungen aus Gruppe B3 beträgt vorzugsweise ca. 5% bis 30%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 20%. R¹ ist vorzugsweise n-Alkyl oder n-Alkoxy mit jeweils 1 bis 9 C-Atomen. R² ist vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 9 C-Atomen. Es können jedoch auch analoge Verbindungen mit Alkenyl- bzw. Alkenyloxy-Gruppen eingesetzt werden. Verbindungen der Formel BVIII sind bevorzugt
ist vorzugsweise 1,4-Phenylen.
Die erfindungsgemäßen Mischungen enthalten Verbindungen aus mindestens einer der Gruppen B1, B2 und B3. Vorzugsweise enthalten sie eine oder mehrere Verbindungen aus Gruppe B1 und eine oder mehrere Verbindungen aus Gruppe B2 und/oder B3.
Der Anteil der Verbindungen der Komponente C ist vorzugsweise ca. 10% bis 80%, insbesondere ca. 20% bis 70%. Der Fachmann kann zur Einstellung der gewünschten Schwellenspannung leicht diesen Anteil einstellen, wobei prinzipiell alle üblichen Flüssigkristallverbindungen mit Δε <+1,5 verwendet werden können. Falls überwiegend weniger stark positive terminal fluorierte Verbindungen (siehe oben) verwendet werden, bewegt sich der Gesamtanteil mehr im oberen Bereich (ca. 35% bis 80%), während bei Verwendung von terminal cyansubstituierten Verbindungen der Anteil niedriger sein kann (ca. 10% bis 35%). Besonders bevorzugte Verbindungen sind neben den oben angegebenen terminal fluorierten Verbindungen die hier folgenden genannten bevorzugten Cyanverbindungen:
worin
R die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat,
eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CO-O- oder -O-CO- und
Einige besonders bevorzugte kleinere Gruppen sind im folgenden angegeben:
R¹ bedeutet vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen, n-Oxaalkyl mit 3 bis 7 C-Atomen (z. B. n-Alkoxymethyl) oder n-Alkenyl mit 3-7 C-Atomen, Y ist H oder Fluor; X ist 1 oder 2; y ist 0 oder 1.
Ferner bevorzugt sind Isothiocyanate, z. B. der Formel
worin R¹ n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen bedeutet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen vorzugsweise ca. 5% bis 20% einer oder mehrerer Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von unter -1,5 (Komponente D). Derartige Verbindung sind bekannt, z. B. Derivate der 2,3-Dicyanhydrochinon oder Cyclohexanderivate mit dem Strukturelement
gemäß DE-OS 32 31 707 bzw. DE-OS 34 07 013.
Vorzugsweise werden jedoch Verbindungen mit dem Strukturelement 2,3-Difluor-1,4-phenylen gewählt, z. B. Verbindungen gemäß DE-OS 38 07 801, 38 07 861, 38 07 863, 38 07 864 oder 38 07 908. Besonders bevorzugt sind Tolane mit diesem Strukturelement gemäß der Internationalen Patentanmeldung PCE/DE 88/00 133, insbesondere solche der Formeln
worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen bedeuten und Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung ist.
Die Komponente D bewirkt insbesondere eine Verbesserung der Steilheit der Kennlinie.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen ca. 5% bis 35%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 20% an flüssigkristallinen Tolan-Verbindungen. Hierdurch kann bei geringeren Schichtdicken (ca. 5-6 µm) gearbeitet werden, wodurch die Schaltzeiten deutlich kürzer werden. Besonders bevorzugte Tolane sind im folgenden angegeben:
R¹ ist vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen,
Z° ist -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
wobei
R² n-Alkyl oder n-Alkoxy mit jeweils 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl oder n-Alkenyloxy mit jeweils 3 bis 7 C-Atomen bedeutet.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Mischungen
- 30-60 Gew.-% Komponente C, 20-70 Gew.-% Verbindungen aus den Gruppen A und B, 0-10 Gew.-% Komponente D und eine sich zu 100 Gew.-% addierende Menge der Komponente E,
- eine Komponente D, die eine oder mehrere Verbindungen mit einer 1-Cyan-trans-1,4-cyclohexylen-Gruppe oder einer 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe enthält,
- mindestens zwei Verbindungen der Formel AIII oder AV,
- Verbindungen der Formel AIII und AV,
- eine Komponente C, die eine oder mehrere Verbindungen mit einer 4-Fluorphenyl-Gruppe oder einer 3,4-Difluorphenyl-Gruppe enthält,
- mindestens eine Verbindung aus folgender Gruppe:
enthält, worin Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 2-7 C-Atomen und XH oder F ist,
- eine oder mehrere Verbindungen, worin R eine trans-Alkenylgruppe oder eine trans-Alkenyloxygruppe ist,
- eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der folgenden Gruppe
worin R¹ und R² die bei Komponente A angegebenen bevorzugten Bedeutungen haben und eine der beiden 1,4-Phenylengruppen auch durch Fluor substituiert sein kann; der Anteil dieser Verbindungen beträgt 0% bis 25%, vorzugsweise ca. 5% bis 15%
- zusätzlich mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe A, bestehend aus Verbindungen der Formeln AI bis AVI enthält:
worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander jeweils R bedeuten und
R Alkyl mit 1-12 C-Atomen ist, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -O-CO- oder -CO-O- ersetzt sein können.
- mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe B1, bestehend aus den Verbindungen der Formeln BI bis BIV:
worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung haben, Z² -CH₂CH₂-, -CO-O-, -O-CO- oder eine Einfachbindung, und
bedeutet,
und/oder mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe B2, bestehend aus den Verbindungen der Formeln BV bis BVII:
worin R¹ die für R angegebene Bedeutung hat,
Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung ist und
bedeutet,
wobei n 1 bis 9 ist, X bedeutet CN oder F und Y ist H oder F,
und/oder mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe B3, bestehend aus den Verbindungen der Formeln BVIII und BIX:
worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung haben, und
bedeutet, enthält.
- Komponente C enthält Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe C, bestehend aus den Verbindungen der Formeln CI bis CIII:
worin
R die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat,
eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CO-O- oder -O-CO- und
bedeutet.
- die nematische Flüssigkristallmischung ist zusammengesetzt aus 30-60 Gew.-% Komponente C, 20-70 Gew.-% Verbindungen aus den Gruppen A und B, 0-10 Gew.-% Komponente D und einer sich zu 100 Gew.-% addierenden Menge der Komponente E.
- Komponente D enthält eine oder mehrere Verbindungen mit einer 1-Cyan-trans-1,4-cyclohexylen-Gruppe oder einer 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe.
- die nematische Flüssigkristallmischung enthält mindestens zwei Verbindungen der Formel AIII oder AV.
- die nematische Flüssigkristallmischung enthält Verbindungen der Formel AIII und AV.
- die nematische Flüssigkristallmischung enthält Verbindungen der Formel BIII.
- die Flüssigkristallmischung enthält Verbindungen der Formel
worin R¹ CH₃-(CH₂) n -O- oder trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -CH₂-O- und R² CH₃-(CH₂) t - ist, wobei
n 1, 2, 3 oder 4,
r 0, 1, 2 oder 3,
s 0 oder 1, und
t 1, 2, 3 oder 4 ist.
- die Flüssigkristallmischung enthält Verbindungen der Formeln
worin
R¹ CH₃-(CH₂) n -O-, CH₃-(CH₂) t -, trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -CH₂O- oder trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -, und
R² CH₃-(CH₂) t - ist,
wobei n, r, s und t die in Anspruch 10 angegebene Bedeutung haben.
- Komponente C enthält eine oder mehrere Verbindungen mit einer 4-Fluorphenyl-Gruppe oder einer 3,4-Difluorphenyl-Gruppe.
- die Flüssigkristallmischung enthält mindestens eine Verbindung aus folgender Gruppe
worin Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 2-7 C-Atomen und X H oder F ist.
- die Flüssigkristallmischung enthält eine oder mehrere Verbindungen, worin R eine trans-Alkenylgruppe oder eine trans-Alkenyloxygruppe ist.
Für die Komponente E stehen dem Fachmann eine Vielzahl, zum Teil kommerziell erhältlicher chiraler Dotierstoffe zur Verfügung. Deren Wahl ist an sich nicht kritisch.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit einer solchen Oberflächenbehandlung, daß die Vorzugsorientierung (Direktor) der jeweils daran angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle von der einen zur anderen Elektrode gewöhnlich um betragsmäßig 160° bis 360° gegeneinander verdreht ist, entspricht der für derartige Anzeigeelemente üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen der Supertwistzelle, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente sowie die zusätzliche Magnete enthaltenden Anzeigeelemente nach der DE-OS 27 48 738. Der Oberflächentiltwinkel an den beiden Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Anzeigeelemente zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallkomponenten der Flüssigkristallschicht.
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.
Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.
Es bedeutet:
S-N Phasenübergangs-Temperatur smektisch-nematisch,
Klp. Klärpunkt,
Visk. Viskosität (mPa · s),
T on Zeit vom Einschalten bis zur Erreichung von 90% des maximalen Kontrastes
T off Zeit vom Ausschalten bis zur Erreichung von 10% des maximalen Kontrastes.
Die SFA wird im Multiplexbetrieb angesteuert (Multiplexverhältnis) 1 : 100, Bias 1 : 11, Betriebsspannung 18,5 Volt).
Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Prozentzahlen sind Gewichtsprozente. Die Werte für die Schaltzeiten und Viskositäten beziehen sich auf 20°C.
Beispiel 1
Ein SFA mit Verdrillungswinkel 240°C, enthaltend eine Flüssigkristallmischung bestehend aus
22% 1-(trans-4-Propylcyclohexyl)-2-(p-cyanphenyl)ethan,
10% 1-(trans-4-Butylcyclohexyl)-2-(p-cyanphenyl)ethan,
12% 1-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-2-(p-cyanphenyl)ethan,
8% trans-4-Propylcyclohexancarbonsäure-(2,3-difluor-4-ethoxyphenylester-),
8% trans-4-Butylcyclohexancarbonsäure-(2,3-difluor-4-ethoxyphenylester)-,
7% trans-4-Pentylcyclohexancarbonsäure-(2,3-difluor-4-ethoxyphenylester-),
5% 4-Methyl-4′-ethoxy-tolan,
6% 4-Ethyl-4′-methoxy-tolan,
6% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-methoxy-tolan,
5% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-ethoxy-tolan,
6% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-propoxy-tolan und
5% 4, 4′-Bis-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl
zeigt eine steile elektrooptische Kennlinie und eine sehr geringe Abhängigkeit des Kontrastes vom Blickwinkel. Die Bistabilität der Kennlinie wird in Fig. 1 gezeigt, worin der "midplane" Tiltwinkel α m als Funktion der angelegten Spannung aufgetragen ist.
Beispiel 2
Ein SFA mit Verdrillungswinkel 200°, enthaltend eine Flüssigkristallmischung bestehend aus
22% 1-(trans-4-Propylcyclohexyl)-2-(p-cyanphenyl)ethan,
10% 1-(trans-4-Butylcyclohexyl)-2-(p-cyanphenyl)ethan,
12% 1-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-2-(p-cyanphenyl)ethan,
12% 1-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4-ethoxybenzol,
11% 1-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4-methoxybenzol,
5% 4-Methyl-4′-ethoxy-tolan,
6% 4-Ethyl-4′-methoxy-tolan,
6% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-methoxy-tolan,
5% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-ethoxy-tolan,
6% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-propoxy-tolan und
5% 4, 4′-Bis-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl
zeigt eine steile, stabile elektrooptische Kennlinie und eine sehr geringe Abhängigkeit des Kontrastes vom Blickwinkel. Die Fig. 2 und 3 zeigen den "midplane" Tiltwinkel α m bzw. die Transmission als Funktion der angelegten Spannung.
In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste C n H2n +1 und C m H2m +1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹ und L²:
Tabelle A
Tabelle B
Die folgenden Flüssigkristallmischungen zeigen in SFA vorteilhafte Eigenschaften.
Beispiel 3
Beispiel 4
Beispiel 5
Beispiel 6
Beispiel 7
Beispiel 8
Beispiel 9
Beispiel 10
Beispiel 11
Beispiel 12
Beispiel 13
Beispiel 14
Beispiel 15
Beispiel 16
Beispiel 17
Beispiel 18
Beispiel 19
Beispiel 20
Beispiel 21
Beispiel 22
Beispiel 23

Claims (15)

1. Supertwist-Flüssigkristallanzeige mit
  • - zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
  • - einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
  • - Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
  • - einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad, und
  • - einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 160 und 360°, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung
    • a) mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe T, bestehend aus Verbindungen der Formeln T1 und T2: bedeutet,
      R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander R bedeuten, wobei R Alkyl mit 1-12 C-Atomen ist, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -O-CO- oder -CO-O- ersetzt sein können, und Z° -CH₂-CH₂- oder eine Einfachbindung bedeutet, und die 1,4-Phenylenringe auch lateral durch Fluor substituiert sein können,
    • b) 10-80 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente C, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5, wobei Komponente C mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen Ca bis Cd enthält: wobei R¹ die oben angegebene Bedeutung hat.
    • c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente D, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von unter -1,5 und
    • d) einer optisch aktiven Komponente E in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, und
  • daß die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 30 mPa · s und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +5 aufweist, wobei die dielektrische Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind.
2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung zusätzlich mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe A, bestehend aus Verbindungen der Formeln AI bis AVI enthält: worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander jeweils R bedeuten und
R Alkyl mit 1-12 C-Atomen ist, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -O-CO- oder -CO-O- ersetzt sein können.
3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe B1, bestehend aus den Verbindungen der Formeln BI bis BIV: worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung haben, Z² -CH₂CH₂-, -CO-O-, -O-CO- oder eine Einfachbindung, und bedeutet,
und/oder mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe B2, bestehend aus den Verbindungen der Formeln BV bis BVII: worin R¹ die für R angegebene Bedeutung hat,
Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung ist und bedeutet,
wobei n 1 bis 9 ist, X bedeutet CN oder F und Y ist H oder F,
und/oder mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe B3, bestehend aus den Verbindungen der Formeln BVIII und BIX: worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung haben, und bedeutet, enthält.
4. Anzeige nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente C Verbindungen enthält, ausgewählt aus der Gruppe C, bestehend aus den Verbindungen der Formeln CI bis CIII: worin
R die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat, bedeutet.
5. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung zusammengesetzt ist aus 30-60 Gew.-% Komponente C, 20-70 Gew.-% Verbindungen aus den Gruppen A und B, 0-10 Gew.-% Komponente D und einer sich zu 100 Gew.-% addierenden Menge der Komponente E.
6. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente D eine oder mehrere Verbindungen mit einer 1-Cyan-trans-1,4-cyclohexylen-Gruppe oder einer 2,3-Difluor-1,4-phenylen-Gruppe enthält.
7. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung mindestens zwei Verbindungen der Formel AIII oder AV enthält.
8. Anzeige nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung Verbindungen der Formel AIII und AV enthält.
9. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung Verbindungen der Formel BIII enthält.
10. Anzeige nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung Verbindungen der Formel enthält, worin R¹ CH₃-(CH₂) n -O- oder trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -CH₂-O- und R² CH₃-(CH₂) t - ist, wobei
n 1, 2, 3 oder 4,
r 0, 1, 2 oder 3,
s 0 oder 1, und
t 1, 2, 3 oder 4 ist.
11. Anzeige nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung Verbindungen der Formeln enthält, worin
R¹ CH₃-(CH₂) n -O-, CH₃-(CH₂) t -, trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -CH₂O- oder trans-H-(CH₂) r -CH=CH-(CH₂CH₂) s -, undR² CH₃-(CH₂) t - ist,wobei n, r, s und t die in Anspruch 10 angegebene Bedeutung haben.
12. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente C eine oder mehrere Verbindungen mit einer 4-Fluorphenyl-Gruppe oder einer 3,4-Difluorphenyl-Gruppe enthält.
13. Anzeige nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung aus folgender Gruppe enthält, worin Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 2-7 C-Atomen und X H oder F ist.
14. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung eine oder mehrere Verbindungen enthält, worin R eine trans-Alkenylgruppe oder eine trans-Alkenyloxygruppe ist.
15. Nematische Flüssigkristallmischung der in mindestens einer der Ansprüche 1 bis 14 definierten Zusammensetzung.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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